CN101179191B - 保护装置利用三次谐波检测中线断线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统领域中继电保护的方法。公开了在电力系统的保护装置利用三次谐波检测TV中线断线的方法。该方法包括如下主要步骤：在保护没有启动的情况下，利用傅氏算法计算UA、UB、UC和自产3U0的三次谐波大小，当任一电压的三次谐波连续30s大于4V时，线路保护装置告警，但不会闭锁短路时保护的跳闸功能。其中自产3U0反应出的三次谐波更加灵敏。实践证明，该方法可及时准确地判别出中线断线情况。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及电力系统电压回路中线断线检测的方法，是利用三次谐波的大小检测中线断线的方法。
背景技术
输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位。在线路投入运行前或运行过程中，若TV二次回路中线UN断线后遇到输电线路发生接地故障时，自产零序方向可能不正确，将导致保护不正确的动作。若能及时检测出电压回路的中线断线，对保证电力系统可靠供电、电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。
以前，主要是依靠投运前观察线路保护装置打印的采样报告中交流电压波型有异常来判断电压回路不正常后再进一步检查二次回路，但有不明显的异常还是很难发现的。若在运行过程中发生中线断线，线路保护装置不告警，往往是故障发生后保护不正常动作才进行电压回路的检查，损失已不能挽回。多次的经验教训迫切需要由保护来有效自动地完成中线断线情况时的判别工作。
因需要通过高压输电线路直接提供给用户品质很好的电能，电力行业对高压输电线路上的谐波有严格的要求，即正常运行时高压线路上的谐波较小，要求基本是以50HZ的工频供电，150HZ的三次谐波则较小。虽然虑除了高压输电线路上绝大部分的三次谐波，但三次谐波不可避免还会少量存在。
正常情况下，保护装置采集到的三次谐波会较小。二次回路的UN断线后，并不影响一次高压输电线路的正常工作，高压输电线路上的三次谐波仍然较小。
本发明是在二次回路UN断线后，无线路故障时，一次回路高压输电线路仍正常运行，高压线路上的三次谐波仍然较小，但通过线路保护装置内部能够产生较大的三次谐波，从而解决了UN断线的判别问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种在电力系统中保护装置利用三次谐波检测TV中线断线的方法。
正常运行时，系统中UA、UB、UC三相电压对称，基本没有3U0及三次谐波；当二次回路的UN中线断线后，线路保护装置采集到的UA、UB、UC中的较大三次谐波，方向相同，同时在自产3U0中产生了较大三次谐波；系统接地短路时可能有3U0，但同时伴有启动元件动作。因此保护装置可以利用三次谐波的大小特征来判别中线是否断线，判出中线断线后进行告警提示，不会闭锁短路时的保护跳闸。
根据本发明，提供了一种在电力系统中保护装置利用三次谐波检测TV中线断线的方法，该方法包括如下步骤：
利用傅氏算法计算出UA、UB、UC和自产3U0的三次谐波大小；
当UA、UB、UC任一电压的三次谐波或自产3U0的三次谐波连续30s大于4V时，保护装置告警，提示三次谐波过量；
保护启动过程中，不检查三次谐波情况；
判出三次谐波过量告警后不会闭锁短路时保护跳闸功能，
其中，3U0＝UA+UB+UC，UA、UB、UC分别为相对于参考点的电压。
附图说明
图1-1：正常出口处AN金属性接地故障时3U0；
图1-2：正常系统接地短路时3U0；
图2-1：中线断线出口处AN金属性故障的电压；
图2-2：中线断线AN故障带过渡电阻的电压；
图3-1：中线断线故障时没有3U0情况；
图3-2：中线断线故障时出现3U0情况。
具体实施方式
正常运行时，系统中UA、UB、UC三相电压对称，基本没有3U0及三次谐波。自产3U0＝UA+UB+UC≈0，保护不会跳闸。
下面结合参考附图进行详细描述，其中UA、UB、UC是指保护装置实际测量出的A相电压、B相电压、C相电压。TV测量电力系统中二次回路所有涉及测量、计量用的交流电压。
自产3U0＝UA+UB+UC，是保护装置合成的零序电压，为零序方向保护判别零序方向时使用。
A，B，C点相对其参考点的电压，即为UA、UB、UC电压。不同情况，参考点不同。
TV回路有Ua、Ub、Uc、UN四根线。UN未断线时，Ua-UN两根线之间的电压为相电压UA，Ub-UN两根线之间的电压为相电压UB，Uc-UN两根线之间的电压为相电压UC，Ua-Ub两根线之间的电压为线电压UAB，Ub-Uc两根线之间的电压为线电压UBC，Uc-Ua两根线之间的电压为线电压UCA。
UN在图中不能体现出具体位置，是Ua、Ub、Uc相对UN测量出的电压UA、UB、UC。
图1-1、图1-2中，参考点为“0”点处。图1-1中UA＝0，自产3U0为UB和UC的合成，到“0”点的连线为自产3U0；图1-2中，A点到“0”点的连线为UA，自产3U0为UA、UB和UC的合成，到“0”点的连线为自产3U0。以上电压的大小方向均是相对“0”点。
图2-1、图2-2中，因UN断线，参考点不再是“0”，而是为“0′”点处。A点到“0′”点的连线为UA，自产3U0为UA、UB和UC的合成，3U0＝UA+UB+UC＝0。
图3-1中，因UN断线，参考点为“G”点处。A点到“G”点的连线为UA，自产3U0为UA、UB和UC的合成，3U0＝UA+UB+UC＝0。
图3-2中，因UN断线，参考点不再是“G”，而是为“G′”点处。A点到“G′”点的连线为UA，自产3U0为UA、UB和UC的合成，自产3U0＝UA+UB+UC＝2×(G-G′)，方向和UA相同。
在正常情况下，UN未断线，出口处AN金属性接地故障的电压情况见图1-1，AN故障带一定过渡电阻的电压情况见图1-2。正常系统接地短路时有3U0，图1-1中的UA电压约为0V，自产3U0约为57.7V，图1-2中的UA电压大于0V，自产3U0的电压为57.7-UA，方向与UA相反。此时自产零序电压方向正确，零序方向保护能够正确跳闸。
TV二次回路中线UN断线后只能通过UAB、UBC、UCA三个线电压来维持三个相电压大小和方向。零序方向保护具有较强的带过渡电阻能力，自产3U0门槛一般为1V左右，因此UN中线断线可能造成零序方向不正确将对保护装置的正确动作影响较大。对以下两种情况进行分析：
1)自产3U0为0时理想情况
因没有UN，理论上自产3U0＝UA+UB+UC＝0，不会出现零序电压。出口处AN金属性故障的电压情况见图2-1，AN故障带一定过渡电阻的电压情况见图2-2。零序方向保护通过自产3U0和零序电流来判别零序方向，只有零序正方向才能够动作。当自产3U0为0时没有零序方向，零序方向保护不能动作，此时发生区内高阻接地故障时将导致保护装置拒动。
2)自产3U0不为0情况
主要分两种情况：
a)保护装置的UA、UB和UC变换器阻抗并不完全相等。UN断线后没有了UN参考点，此时UA+UB+UC并不完全等于0，实际运行情况下大都如此。图3-1显示UA、UB和UC变换器阻抗相等情况，G点为三角形ABC的重心，到顶点的距离为到底边距离2倍，出口处AN金属性故障时没有3U0；图3-2显示UA、UB和UC变换器阻抗不相等情况之一UB、UC变换器阻抗相等和UA不相等情况，G点为三角形ABC的重心，G’点为UA、UB和UC的平衡点，G’点到顶点的距离大于到底边距离的2倍，出口处AN金属性故障时出现3U0。
b)UN断线后出现了较大的各次谐波分量，也多少影响了保护通过傅氏算法滤出的3U0基波分量效果。此时自产3U0大小和方向比较随机，若发生区内高阻接地故障时可能将导致保护装置拒动，发生区外高阻接地故障时可能将导致保护装置误动。
理论和实践表明，当中线断线后系统中的三次谐波没有了流通的回路，通过线路保护装置内变换器的电磁效应，在线路保护装置内部的UA、UB、UC中均产生了较大三次谐波，UA、UB和UC三次谐波方向相同，同时在3U0中产生了较大三次谐波。而正常系统接地短路时可能有3U0，三次谐波分量很小，同时伴有启动元件动作。
针对不同的高压线路、不同的线路保护装置，特性不可能完全相同，UN断线后采集到的三次谐波可能也有很大差别。对于有的UN断线情况，不一定能够保证UA、UB、UC中任一三次谐波电压连续30s大于4V。UN断线后，因在UA、UB、UC中均会产生了三次谐波，且在UA、UB、UC中的三次谐波方向相同，自产3U0＝UA+UB+UC，那么，自产3U0中的三次谐波电压也就较大，因此3U0中的三次谐波电压一定会保证连续30s大于4V，自产3U0中反应出的三次谐波更加灵敏。
因此保护装置可以利用三次谐波的大小特征来判别中线是否断线。在保护没有启动的情况下，利用傅氏算法计算UA、UB、UC和自产3U0的三次谐波大小进行判别。
分析多次现场UN断线后UA、UB、UC和自产3U0的三次谐波大小情况，以及在实验室模拟分析情况，取任一电压的三次谐波连续30s大于4V门槛比较合适，即躲过了高压线路正常运行时的三次谐波。同时因为UA、UB、UC中的三次谐波方向相同，自产3U0＝UA+UB+UC，因此自产3U0的三次谐波是相电压的3倍，十分灵敏，即使在有些场合UN断线后的三次谐波较小情况，自产3U0均能够正确判别。
正常系统接地短路时可能有3U0，三次谐波分量很小，故障时间较短，同时伴有启动元件动作。因此保护装置利用三次谐波的大小特征来判别出中线断线并告警提示三次谐波过量，不会闭锁短路时的保护跳闸。
保护装置利用三次谐波的大小检测中线断线的方法已在现场使用，多次检测出了中线断线情况，及时避免了事故的发生，实践证明确实是检测中线断线的有效方法。
Claims (1)
1.一种在电力系统中保护装置利用三次谐波检测TV中线断线的方法，该方法包括如下步骤：
利用傅氏算法计算出UA、UB、UC和自产3U0的三次谐波大小；
当UA、UB、UC或自产3U0的三次谐波连续30s大于4V时，保护装置告警，提示三次谐波过量；
保护启动过程中，不检查三次谐波情况；
判出三次谐波过量告警后不闭锁短路时保护跳闸功能，
其中，3U0＝UA+UB+UC，UA、UB、UC分别为相对于参考点的电压。
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